(57)【要約】【課題】補填肉盛材が肉盛溶接された母材を良好な形状に形成することができる、肉盛溶接方法および装置を提供する。【解決手段】相変態母材２００の表面肉盛位置２１１に補填肉盛材３００を肉盛溶接し、相変態母材２００の補填肉盛材３００が肉盛溶接された部分を母材裏面２２０から相変態温度まで加熱する。補填肉盛材３００の表面肉盛位置２１１や肉盛溶接された相変態母材２００に、縦収縮や縦曲り変形などの溶接変形や収縮歪みなどが発生しても、相変態母材２００の補填肉盛材３００が肉盛溶接された部分が相変態温度まで加熱されることで、相変態母材２００の母材裏面２２０側の相変態による膨張歪みにより、溶接変形や収縮歪みなどが相殺されて緩和される。【選択図】図１
2013198919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材表面と母材裏面とを有する形状に形成されている相変態母材の前記母材表面の少なくとも一部に補填肉盛材を肉盛溶接する肉盛溶接方法であって、
前記相変態母材の表面肉盛位置に前記補填肉盛材を肉盛溶接し、
前記相変態母材の前記補填肉盛材が肉盛溶接された部分を母材裏面から相変態温度以上で前記補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱する、
肉盛溶接方法。
【請求項２】
前記相変態母材の表面肉盛位置に前記補填肉盛材を加熱して肉盛溶接するとともに、
前記相変態母材の前記補填肉盛材が肉盛溶接された部分を母材裏面から相変態温度以上で前記補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱する、
請求項１に記載の肉盛溶接方法。
【請求項３】
前記相変態母材の表面肉盛位置に前記補填肉盛材を表側レーザ光で加熱して肉盛溶接する、請求項１または２に記載の肉盛溶接方法。
【請求項４】
前記相変態母材の前記補填肉盛材が肉盛溶接された部分を母材裏面から裏側レーザ光で相変態温度以上で前記補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱する、請求項１ないし３の何れか一項に記載の肉盛溶接方法。
【請求項５】
前記相変態母材の表面肉盛位置に表側レーザ光を集光させて走査させるとともに、
前記相変態母材の前記補填肉盛材が肉盛溶接された部分の母材裏面に裏側レーザ光を集光させて先行する前記表側レーザ光の走査を追従するように走査させる、
請求項１に記載の肉盛溶接方法。
【請求項６】
粉末化した前記補填肉盛材を前記相変態母材の表面肉盛位置に供給する、請求項１ないし５の何れか一項に記載の肉盛溶接方法。
【請求項７】
前記補填肉盛材がコバルトを主成分として約３０％のクロムと約４〜１５％のタングステンとを有する合金からなる、請求項１ないし６の何れか一項に記載の肉盛溶接方法。
【請求項８】
前記相変態母材が約９００〜１０００℃で相変態するクロム合金からなる、請求項１ないし７の何れか一項に記載の肉盛溶接方法。
【請求項９】
前記相変態母材が蒸気タービンのタービン翼からなり、
前記表面肉盛位置が前記タービン翼の縁部の表面からなる、
請求項１ないし８の何れか一項に記載の肉盛溶接方法。
【請求項１０】
母材表面と母材裏面とを有する形状に形成されている相変態母材の前記母材表面の少なくとも一部に補填肉盛材を肉盛溶接する肉盛溶接装置であって、
前記相変態母材の表面肉盛位置に前記補填肉盛材を肉盛溶接する表側溶接機構と、
前記相変態母材の前記補填肉盛材が肉盛溶接された部分を母材裏面から相変態温度以上で前記補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱する裏側溶接機構と、
を有する肉盛溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、母材に補填肉盛材を肉盛溶接する肉盛溶接方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、蒸気タービンのタービン翼などでは、エロージョンが問題となっている。そこで、このようなエロージョン対策として、タービン翼の前縁部に耐摩耗性が高い金属を貼付している。
【０００３】
このようなタービン翼では、その前縁部に耐摩耗性の金属板をガスバーナでロウ付けしている。しかし、このような溶接を実行すると、いわゆる縦収縮や縦曲り変形などの溶接変形や収縮歪みなどが発生する。
【０００４】
そこで、このような溶接変形や収縮歪みなどを緩和するため、各種の提案がある。例えば、上述のようなガスバーナによるロウ付けではなくレーザ溶接とすることにより、母材の総入熱量を削減して溶接変形や収縮歪みを緩和する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、溶接した鋼板を、発生した溶接変形と反対方向に押圧しながらレーザ加熱し、溶接変形や収縮歪みを緩和する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。さらに、
溶接変形や収縮歪みを緩和する技術ではないが、一個のレーザ光源のレーザ光で鋼板の表面を走査し、溶接変形や収縮歪みを正確に計測する技術もある（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−０５５９５２号公報
【特許文献２】特開平０６−０６３６４４号公報
【特許文献３】特開２０１０−１５６６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の発明は、レーザ溶接により母材の総入熱量を削減して溶接変形や収縮歪みを低減するものでしかなく、溶接変形や収縮歪みを充分に緩和することはできない。
【０００８】
特許文献２に記載の発明は、溶接して鋼板に発生した溶接変形を緩和するため、機械的に押圧しながら加熱する。このため、例えば、母材に肉盛材を溶接した場合、母材や肉盛材が高硬度であると破断などが発生する懸念がある。
【０００９】
特許文献３に記載の発明は、溶接変形や収縮歪みを正確に計測するものでしかなく、そのままでは溶接変形や収縮歪みを緩和することはできない。
【００１０】
本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、補填肉盛材が肉盛溶接された相変態母材を良好な形状に形成することができる、肉盛溶接方法および装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明の肉盛溶接方法は、母材表面と母材裏面とを有する形状に形成されている相変態母材の上記母材表面の少なくとも一部に補填肉盛材を肉盛溶接する肉盛溶接方法であって、上記相変態母材の表面肉盛位置に上記補填肉盛材を肉盛溶接し、上記相変態母材の上記補填肉盛材が肉盛溶接された部分を母材裏面から相変態温度以上で上記補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱する。
【００１２】
従って、本発明の肉盛溶接方法では、補填肉盛材の表面肉盛位置や肉盛溶接された相変態母材に、縦収縮や縦曲り変形などの溶接変形や収縮歪みなどが発生しても、相変態母材の補填肉盛材が肉盛溶接された部分が相変態温度以上で上記補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱されることで、相変態母材の母材裏面側の相変態による膨張歪みにより、溶接変形や収縮歪みなどが相殺されて緩和される。しかも、この相変態母材を相変態温度とする加熱が母材裏面に実行されるので、この加熱が表面肉盛位置に肉盛溶接された補填肉盛材に影響しない。
【００１３】
本発明の肉盛溶接方法では、上記相変態母材の表面肉盛位置に上記補填肉盛材を加熱して肉盛溶接するとともに、上記相変態母材の上記補填肉盛材が肉盛溶接された部分を母材裏面から相変態温度以上で上記補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱する。
【００１４】
従って、本発明の肉盛溶接方法では、補填肉盛材が肉盛溶接された相変態母材の部分を、冷却される以前に相変態温度以上で上記補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱することができる。このため、裏側レーザ光の出力を必要最小限とすることができ、肉盛溶接を迅速に完了することができる。
【００１５】
本発明の肉盛溶接方法では、上記相変態母材の表面肉盛位置に上記補填肉盛材を表側レーザ光で加熱して肉盛溶接する。従って、本発明の肉盛溶接方法では、補填肉盛材を肉盛溶接する加熱が表側レーザ光で実行されるので、ガスバーナに比較して補填肉盛材と相変態母材との総入熱量が削減されて、その縦収縮や縦曲り変形などの溶接変形が抑制される。
【００１６】
本発明の肉盛溶接方法では、上記相変態母材の上記補填肉盛材が肉盛溶接された部分を母材裏面から裏側レーザ光で相変態温度以上で上記補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱する。従って、本発明の肉盛溶接方法では、補填肉盛材を相変態温度とする加熱が裏側レーザ光で実行されるので、ガスバーナに比較して相変態母材の総入熱量が削減される。このため、相変態母材への補填肉盛材の希釈への影響が抑制され、補填肉盛材の硬度低下も防止される。
【００１７】
本発明の肉盛溶接方法では、上記相変態母材の表面肉盛位置に上記表側レーザ光を集光させて走査させるとともに、上記相変態母材の上記補填肉盛材が肉盛溶接された部分の母材裏面に上記裏側レーザ光を集光させて先行する上記表側レーザ光の走査を追従するように走査させる。
【００１８】
従って、本発明の肉盛溶接方法では、補填肉盛材を肉盛溶接する加熱が、集光された表側レーザ光の走査で実行されるので、さらに補填肉盛材と相変態母材との総入熱量が削減されて、縦収縮や縦曲り変形などの溶接変形が抑制される。
【００１９】
このように集光されて走査される表側レーザ光で補填肉盛材が肉盛溶接されて母材表面から加熱された相変態母材の部分が、その直後に集光された裏側レーザ光の走査で相変態温度以上で上記補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱されるので、さらに相変態母材の総入熱量が削減される。このため、相変態母材への補填肉盛材の希釈への影響が抑制され、補填肉盛材の硬度低下も防止される。
【００２０】
本発明の肉盛溶接方法では、粉末化した上記補填肉盛材を上記相変態母材の表面肉盛位置に供給する。従って、本発明の肉盛溶接方法では、粉末とすることで吸熱性を向上させた補填肉盛材が、低減した総入熱量の加熱で相変態母材に肉盛溶接される。
【００２１】
本発明の肉盛溶接方法では、上記補填肉盛材がコバルトを主成分として約３０％のクロムと約４〜１５％のタングステンとを有する合金からなる。従って、本発明の肉盛溶接方法では、相変態母材に肉盛溶接された補填肉盛材が良好な耐摩耗性と耐食性とを発生する。
【００２２】
本発明の肉盛溶接方法では、上記相変態母材が約９００〜１０００℃で相変態するクロム合金からなる。従って、本発明の肉盛溶接方法では、相変態母材がレーザ光の加熱などでも容易に相変態する。
【００２３】
本発明の肉盛溶接方法では、上記相変態母材が蒸気タービンのタービン翼からなり、上記表面肉盛位置が上記タービン翼の縁部の表面からなる。従って、本発明の肉盛溶接方法では、タービン翼の縁部の表面に補填肉盛材が肉盛溶接される。
【００２４】
本発明の肉盛溶接装置は、母材表面と母材裏面とを有する形状に形成されている相変態母材の上記母材表面の少なくとも一部に補填肉盛材を肉盛溶接する肉盛溶接装置であって、上記相変態母材の表面肉盛位置に上記補填肉盛材を肉盛溶接する表側溶接機構と、上記相変態母材の上記補填肉盛材が肉盛溶接された部分を母材裏面から相変態温度以上で上記補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱する裏側溶接機構と、を有する。
【００２５】
従って、本発明の肉盛溶接装置による肉盛溶接方法では、補填肉盛材の表面肉盛位置や肉盛溶接された相変態母材に、縦収縮や縦曲り変形などの溶接変形や収縮歪みなどが発生しても、相変態母材の補填肉盛材が肉盛溶接された部分が相変態温度以上で上記補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱されることで、相変態母材の母材裏面側の相変態による膨張歪みにより、溶接変形や収縮歪みなどが相殺されて緩和される。しかも、この相変態母材を相変態温度とする加熱が母材裏面に実行されるので、この加熱が表面肉盛位置に肉盛溶接された補填肉盛材に影響しない。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の肉盛溶接方法では、補填肉盛材の表面肉盛位置や肉盛溶接された相変態母材に、縦収縮や縦曲り変形などの溶接変形や収縮歪みなどが発生しても、相変態母材の補填肉盛材が肉盛溶接された部分が相変態温度以上で補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱される。このため、相変態母材の母材裏面側の相変態による膨張歪みにより、溶接変形や収縮歪みなどを相殺させて緩和することができるので、補填肉盛材が肉盛溶接された相変態母材を良好な形状に形成することができる。しかも、この相変態母材を相変態温度とする加熱が母材裏面に実行されるので、この加熱が表面肉盛位置に肉盛溶接された補填肉盛材に影響することを防止できる。
【００２７】
本発明の肉盛溶接装置では、補填肉盛材の表面肉盛位置や肉盛溶接された相変態母材に、縦収縮や縦曲り変形などの溶接変形や収縮歪みなどが発生しても、相変態母材の補填肉盛材が肉盛溶接された部分が相変態温度以上で補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱される。このため、相変態母材の母材裏面側の相変態による膨張歪みにより、溶接変形や収縮歪みなどを相殺させて緩和することができるので、補填肉盛材が肉盛溶接された相変態母材を良好な形状に形成することができる。しかも、この相変態母材を相変態温度とする加熱が母材裏面に実行されるので、この加熱が表面肉盛位置に肉盛溶接された補填肉盛材に影響することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態の肉盛溶接方法を示す模式的な側面図である。
【図２】本発明の実施の形態の肉盛溶接装置による肉盛溶接方法を示す模式的な側面図である。
【図３】相変態母材であるタービン翼を示す模式的な平面図である。
【図４】肉盛溶接が完了した相変態母材と補填肉盛材とを示す図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】本発明の実施の形態の変形例の肉盛溶接装置による肉盛溶接方法を示す模式的な側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
つぎに、本発明の実施の一形態に関して図面を参照して以下に説明する。なお、本実施の形態では図示するように前後左右上下の方向を規定して説明する。しかし、これは構成要素の相対関係を簡単に説明するために便宜的に規定するものである。従って、本発明を実施する製品の製造時や使用時の方向を限定するものではない。
【００３０】
本実施の形態の発明の肉盛溶接装置１００は、図１に示すように、母材表面２１０と母材裏面２２０とを有する形状に形成されている相変態母材２００の母材表面２１０の少なくとも一部に補填肉盛材３００を肉盛溶接する。
【００３１】
このため、本実施の形態の肉盛溶接装置１００は、図２に示すように、表側溶接機構１１０と、裏側溶接機構１２０と、肉盛材供給機構１３０と、母材保持機構１４０と、母材移動機構１５０と、溶接装置フレーム１６０と、動作制御回路１７０と、を有する。
【００３２】
表側溶接機構１１０は、レーザ発振器からなり、相変態母材２００の表面肉盛位置２１１に、補填肉盛材３００を所定波長の所定出力の表側レーザ光ＵＲＬで加熱して肉盛溶接する。
【００３３】
裏側溶接機構１２０も、レーザ発振器からなり、相変態母材２００の補填肉盛材３００が肉盛溶接された部分を母材裏面２２０から、所定波長の所定出力の裏側レーザ光ＤＲＬで相変態温度以上で補填肉盛材３００の溶融温度以下の温度まで加熱する。
【００３４】
詳細には後述するが、表側溶接機構１１０は、相変態母材２００の表面肉盛位置２１１に表側レーザ光ＵＲＬを集光させて走査させ、裏側溶接機構１２０は、相変態母材２００の補填肉盛材３００が肉盛溶接された部分の母材裏面２２０に裏側レーザ光ＤＲＬを集光させて先行する表側レーザ光ＵＲＬの走査を追従するように走査させる。
【００３５】
上述のような相変態母材２００は、約９００〜１０００℃で相変態するクロム合金からなる。より具体的には、図３に示すように、相変態母材２００は、蒸気タービンのタービン翼からなり、表面肉盛位置２１１がタービン翼の流動前縁となる右縁部の母材表面２１０からなる。
【００３６】
肉盛材供給機構１３０は、所定粒径まで粉末化された補填肉盛材３００を、相変態母材２００の表面肉盛位置２１１の表側レーザ光ＵＲＬで加熱される位置に所定容量ずつ供給する。
【００３７】
このように供給される補填肉盛材３００は、例えば、コバルトを主成分として約３０％のクロムと約４〜１５％のタングステンとを有する合金からなり、いわゆるステライト(登録商標)からなる。
【００３８】
母材保持機構１４０は、いわゆるチャック機構などからなり、相変態母材２００の後端を保持する。母材移動機構１５０は、いわゆるソレノイドなどからなり、母材保持機構１４０で保持された相変態母材２００を後方に所定速度で移動させる。
【００３９】
溶接装置フレーム１６０は、上述のような表側溶接機構１１０と裏側溶接機構１２０と肉盛材供給機構１３０と母材移動機構１５０とを、各々の所定位置に保持している。より具体的には、溶接装置フレーム１６０は、母材保持機構１４０で保持されて母材移動機構１５０で移動される相変態母材２００の表面肉盛位置２１１に、補填肉盛材３００を供給する位置に肉盛材供給機構１３０を配置している。
【００４０】
さらに、溶接装置フレーム１６０は、上述のように補填肉盛材３００が供給される相変態母材２００の表面肉盛位置２１１に、表側レーザ光ＵＲＬを集光させる位置に表側溶接機構１１０を配置している。
【００４１】
そして、溶接装置フレーム１６０は、相変態母材２００の補填肉盛材３００が肉盛溶接された部分の母材裏面２２０に、上述のように先行する表側レーザ光ＵＲＬの走査を追従する位置に裏側溶接機構１２０を配置している。このため、裏側溶接機構１２０は、表側溶接機構１１０より所定距離だけ後方に配置されている。
【００４２】
動作制御回路１７０は、例えば、適正なコンピュータプログラムとパラメータとが実装されたマイクロコンピュータからなり、表側溶接機構１１０と裏側溶接機構１２０と肉盛材供給機構１３０と母材移動機構１５０とを動作制御する。
【００４３】
このような動作制御回路１７０のコンピュータプログラムは、例えば、母材保持機構１４０で保持された相変態母材２００を、母材移動機構１５０に所定速度で後方に移動させること、この移動される相変態母材２００の表面肉盛位置２１１に、肉盛材供給機構１３０に粉末化された補填肉盛材３００を供給させること、この相変態母材２００の表面肉盛位置２１１に供給される補填肉盛材３００を、表側溶接機構１１０に表側レーザ光ＵＲＬで加熱させて肉盛溶接させること、この相変態母材２００の補填肉盛材３００が肉盛溶接された部分を、裏側溶接機構１２０に母材裏面２２０から裏側レーザ光ＤＲＬで相変態温度以上で補填肉盛材３００の溶融温度以下の温度まで加熱させること、を表側溶接機構１１０と裏側溶接機構１２０と肉盛材供給機構１３０と母材移動機構１５０とに実行させるように記述されている。
【００４４】
上述のような構成において、本実施の形態の肉盛溶接装置１００による肉盛溶接方法では、例えば、図３に示すように、約９００〜１０００℃で相変態するクロム合金からなる蒸気タービンのタービン翼を相変態母材２００とする。
【００４５】
そして、この相変態母材２００の流動前縁となる右縁部の母材表面２１０からなる表面肉盛位置２１１に、例えば、コバルトを主成分として約３０％のクロムと約４〜１５％のタングステンとを有する合金からなる補填肉盛材３００を肉盛溶接する。
【００４６】
より詳細には、まず、母材保持機構１４０で相変態母材２００の後端を保持し、この保持された相変態母材２００を、表側溶接機構１１０の集光された表側レーザ光ＵＲＬが表面肉盛位置２１１の後端に照射される位置に、母材移動機構１５０で配置する。
【００４７】
このような状態で、母材移動機構１５０で相変態母材２００を後方に移動させ、これと同時に、移動される相変態母材２００の表面肉盛位置２１１に肉盛材供給機構１３０から、粉末化された補填肉盛材３００を供給する。
【００４８】
さらに、この移動する相変態母材２００の表面肉盛位置２１１に供給される補填肉盛材３００を、表側溶接機構１１０の集光された表側レーザ光ＵＲＬで肉盛溶接し、この相変態母材２００の補填肉盛材３００が肉盛溶接された部分を、裏側溶接機構１２０の集光された裏側レーザ光ＤＲＬで母材裏面２２０から相変態温度以上で補填肉盛材３００の溶融温度以下の温度まで加熱する。
【００４９】
本実施の形態の肉盛溶接装置１００による肉盛溶接方法では、上述のように相変態母材２００の表面肉盛位置２１１に補填肉盛材３００を肉盛溶接し、相変態母材２００の補填肉盛材３００が肉盛溶接された部分を母材裏面２２０から相変態温度まで加熱する。
【００５０】
このため、前述のように表側溶接機構１１０は、相変態母材２００の表面肉盛位置２１１に表側レーザ光ＵＲＬを集光させて走査することになり、裏側溶接機構１２０は、相変態母材２００の補填肉盛材３００が肉盛溶接された部分の母材裏面２２０に裏側レーザ光ＤＲＬを集光させて、先行する表側レーザ光ＵＲＬの走査を追従するように走査することになる。
【００５１】
そして、表側溶接機構１１０の表側レーザ光ＵＲＬが、表面肉盛位置２１１の前端に照射される位置まで母材移動機構１５０が後方に移動すると、肉盛材供給機構１３０による補填肉盛材３００の供給と、表側溶接機構１１０による表側レーザ光ＵＲＬの照射が停止される。
【００５２】
さらに、裏側溶接機構１２０の集光された裏側レーザ光ＤＲＬが、表面肉盛位置２１１の前端に照射される位置まで母材移動機構１５０が後方に移動すると、裏側溶接機構１２０による裏側レーザ光ＤＲＬの照射も停止され、作業が終了する。
【００５３】
本実施の形態の肉盛溶接装置１００による肉盛溶接方法では、上述のように相変態母材２００の表面肉盛位置２１１に補填肉盛材３００を肉盛溶接する。ただし、この相変態母材２００の補填肉盛材３００が肉盛溶接された部分を、母材裏面２２０から相変態温度まで加熱する。
【００５４】
従って、図３のＡ−Ａ断面図である図４に示すように、補填肉盛材３００の表面肉盛位置２１１や肉盛溶接された相変態母材２００に、縦収縮や縦曲り変形などの溶接変形や収縮歪みなどが発生しても、相変態母材２００の補填肉盛材３００が肉盛溶接された部分が相変態温度まで加熱されることで、相変態母材２００の母材裏面２２０側の相変態による膨張歪みにより、溶接変形や収縮歪みなどが相殺されて緩和される。
【００５５】
さらに、この相変態母材２００を相変態温度とする加熱が母材裏面２２０に実行されるので、この加熱が表面肉盛位置２１１に肉盛溶接された補填肉盛材３００に影響することも防止できる。
【００５６】
しかも、本実施の形態の肉盛溶接装置１００による肉盛溶接方法では、相変態母材２００の表面肉盛位置２１１に補填肉盛材３００を表側レーザ光ＵＲＬで加熱して肉盛溶接する。
【００５７】
従って、ガスバーナに比較して補填肉盛材３００と相変態母材２００との総入熱量を削減することができる。このため、その縦収縮や縦曲り変形などの溶接変形を抑制することができるので、より良好な形状に補填肉盛材３００が肉盛溶接された相変態母材２００を形成することができる。
【００５８】
特に、補填肉盛材３００を肉盛溶接する加熱が、集光された表側レーザ光ＵＲＬの走査で実行されるので、さらに補填肉盛材３００と相変態母材２００との総入熱量を削減することができる。
【００５９】
さらに、本実施の形態の肉盛溶接装置１００による肉盛溶接方法では、相変態母材２００の補填肉盛材３００が肉盛溶接された部分を母材裏面２２０から裏側レーザ光ＤＲＬで相変態温度まで加熱する。従って、表側レーザ光ＵＲＬで相変態母材２００の補填肉盛材３００が肉盛溶接された部分を過不足なく相変態温度とすることができる。
【００６０】
しかも、本実施の形態の肉盛溶接装置１００による肉盛溶接方法では、表側レーザ光ＵＲＬで補填肉盛材３００が肉盛溶接されて母材表面２１０から加熱された相変態母材２００の部分が、その直後に裏側レーザ光ＤＲＬで母材裏面２２０から相変態温度まで加熱される。
【００６１】
従って、補填肉盛材３００が肉盛溶接された相変態母材２００の部分を、冷却される以前に相変態温度まで加熱することができる。このため、裏側レーザ光ＤＲＬの出力を必要最小限とすることができ、肉盛溶接を迅速に完了することができる。
【００６２】
特に、本実施の形態の肉盛溶接装置１００による肉盛溶接方法では、補填肉盛材３００を肉盛溶接する加熱が、集光された表側レーザ光ＵＲＬの走査で実行され、補填肉盛材３００が肉盛溶接された部分の相変態温度への加熱が、集光された裏側レーザ光ＤＲＬの走査で実行される。このため、さらに補填肉盛材３００と相変態母材２００との総入熱量を削減することができ、肉盛溶接を迅速に完了することができる。
【００６３】
しかも、本実施の形態の肉盛溶接装置１００による肉盛溶接方法では、粉末化した補填肉盛材３００を相変態母材２００の表面肉盛位置２１１に供給する。このため、補填肉盛材３００の吸熱性を粉末化により向上させることができる。従って、さらに補填肉盛材３００と相変態母材２００との総入熱量を削減することができる。
【００６４】
しかも、本実施の形態の肉盛溶接装置１００による肉盛溶接方法では、相変態母材２００に肉盛溶接された補填肉盛材３００が良好な耐摩耗性と耐食性とを発生するので、耐摩耗性と耐食性とが良好な蒸気タービンのタービン翼などを製造することができる。
【００６５】
さらに、本実施の形態の肉盛溶接装置１００では、表側溶接機構１１０と裏側溶接機構１２０とが、個別のレーザ発振器からなる。このため、表側溶接機構１１０は、相変態母材２００に補填肉盛材３００を肉盛溶接する適正波長の適正出力の表側レーザ光ＵＲＬを照射することができ、裏側溶接機構１２０は、相変態母材２００を相変態温度以上で補填肉盛材３００の溶融温度以下の温度まで加熱する、適正波長の適正出力の裏側レーザ光ＤＲＬを照射することができる。
【００６６】
また、本実施の形態の肉盛溶接装置１００では、表側溶接機構１１０と裏側溶接機構１２０と肉盛材供給機構１３０とを溶接装置フレーム１６０で所定位置に固定しており、母材移動機構１５０で相変態母材２００を移動させる。
【００６７】
このため、表側溶接機構１１０と裏側溶接機構１２０と肉盛材供給機構１３０との相対位置が変化することがなく、一個の母材移動機構１５０を移動させるだけで、母材移動機構１５０に対して表側溶接機構１１０と裏側溶接機構１２０と肉盛材供給機構１３０とを移動させることができる。
【００６８】
なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、上記形態では表側溶接機構１１０と裏側溶接機構１２０とが、個別にレーザ発振器を有することを例示した。
【００６９】
しかし、図５に例示する肉盛溶接装置４００のように、表側溶接機構４１０と裏側溶接機構４２０とが一個のレーザ発振器４０１を共用しており、そのレーザ光が光ファイバなどの光路４１１，４２１により光学的に表側溶接機構４１０と裏側溶接機構４２０とに分離されていてもよい(図示せず)。
【００７０】
この場合、表側溶接機構４１０と裏側溶接機構４２０とは、集光系のレーザヘッドとして形成されていればよい。この肉盛溶接装置４００では、レーザ発振器４０１を一個とすることができるので、部品数を削減して装置構造を簡単とすることができる。
【００７１】
また、上記形態では、表側溶接機構１１０と裏側溶接機構１２０と肉盛材供給機構１３０とを溶接装置フレーム１６０で所定位置に固定しており、母材移動機構１５０で相変態母材２００を移動させることを例示した。
【００７２】
しかし、図５に例示する肉盛溶接装置４００のように、相変態母材２００を固定しておき、位置制御ロボット４１２，４２２，１３１により、表側溶接機構１１０と裏側溶接機構１２０と肉盛材供給機構１３０とを移動させてもよい。
【００７３】
さらに、上記形態では相変態母材２００の表面肉盛位置２１１に補填肉盛材３００を表側レーザ光ＵＲＬで加熱して肉盛溶接することを例示した。しかし、このような相変態母材２００の表面肉盛位置２１１に補填肉盛材３００を肉盛溶接することをガスバーナやプラズマなどで実行してもよい。
【００７４】
同様に、上記形態では相変態母材２００の補填肉盛材３００が肉盛溶接された部分を母材裏面２２０から裏側レーザ光ＤＲＬで相変態温度まで加熱することを例示した。しかし、このような加熱をガスバーナやプラズマなどで実行してもよい。
【００７５】
さらに、上記形態では相変態母材２００の表面肉盛位置２１１に補填肉盛材３００を表側レーザ光ＵＲＬで加熱して肉盛溶接するとともに、相変態母材２００の補填肉盛材３００が肉盛溶接された部分を母材裏面２２０から裏側レーザ光ＤＲＬで相変態温度まで加熱することを例示した。
【００７６】
しかし、相変態母材２００の表面肉盛位置２１１に補填肉盛材３００を加熱して肉盛溶接することと、相変態母材２００の補填肉盛材３００が肉盛溶接された部分を母材裏面２２０から相変態温度まで加熱することとを、完全に別個のタイミングで実行してもよい。
【００７７】
さらに、上記形態では粉末化した補填肉盛材３００を相変態母材２００の表面肉盛位置２１１に供給することを例示した。しかし、板状の補填肉盛材(図示せず)を相変態母材２００の表面肉盛位置２１１に配置して肉盛溶接してもよい。
【００７８】
また、上記形態では補填肉盛材３００がコバルトを主成分として約３０％のクロムと約４〜１５％のタングステンとを有する合金からなることを例示した。しかし、補填肉盛材３００としては、必要な条件を満足する各種の金属を利用することができる。
【００７９】
さらに、上記形態では相変態母材２００が約９００〜１０００℃で相変態するクロム合金からなることを例示した。しかし、相変態母材２００としては、必要な条件を満足する各種の金属を利用することができる。
【００８０】
このような金属としては、例えば、ＳＵＳ６３０やニッケル耐熱合金なども利用できる。このようなニッケル耐熱合金としては、例えば、Ｃ：０．０５〜０．２５％、Ｃｒ：１８〜２５％、Ｃｏ：１５〜２５％、Ｍｏ≦３．５％、Ｗ：５〜１０％、Ｗ＋１／２Ｍｏ：５〜１０％、Ｔｉ：１．０〜５．０％、Ａｌ：１．０〜４．０％、Ｔａ：０．５〜４．５％、Ｎｂ：０．２〜３．０％、Ｚｒ：０．００５〜０．１０％、Ｂ：０．００１〜０．０１％、残Ｎｉ、の合金などが利用できる。
【００８１】
また、上記形態では表側溶接機構１１０と裏側溶接機構１２０と肉盛材供給機構１３０とが固定されていて、母材移動機構１５０により相変態母材２００を移動させることを例示した。しかし、相変態母材２００が固定されていて、表側溶接機構１１０と裏側溶接機構１２０と肉盛材供給機構１３０とが移動してもよく、双方とも移動してもよい(図示せず)。
【００８２】
さらに、上記形態では相変態母材２００が蒸気タービンのタービン翼からなり、表面肉盛位置２１１がタービン翼の縁部の母材表面２１０からなることを例示した。しかし、本実施の形態の肉盛溶接装置１００による肉盛溶接方法は、各種の相変態母材２００への補填肉盛材３００の肉盛溶接に利用することができる。
【００８３】
また、本実施の形態では動作制御回路１７０が、コンピュータプログラムが実装されたマイクロコンピュータからなることを例示した。しかし、このような動作制御回路１７０を論理回路からなるハードウェアとして形成することもできる。
【００８４】
なお、当然ながら、上述した実施の形態および複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態および変形例では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１００  肉盛溶接装置
１１０  表側溶接機構
１２０  裏側溶接機構
２００  相変態母材
２１０  母材表面
２２０  母材裏面
３００  補填肉盛材
ＤＲＬ  裏側レーザ光
ＵＲＬ  表側レーザ光
【図１】
2013198919.tif 000003
【図２】
2013198919.tif 000004
【図３】
2013198919.tif 000005
【図４】
2013198919.tif 000006
【図５】
2013198919.tif 000007